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汽车制造行业废水处理关键技术研究与实践

发布时间:2021-03-23 16:09所属分类:工程硕士浏览:68次

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 摘  要 汽车制造行业是国家制造业中最为重要的组成部分,堪称衡量一国制造业水平的标杆。近 30 年来,我国的汽车生产量和销售量连续快速增长,至2009年已位居全世界首位。

  
  目的:  在汽车的生产制造过程中,会产生多种类的生产性废水,含有酸碱、多种金属离子、总磷、石油类及油漆微粒等,其污染性质复杂,对环境危害性大。如何有效的处理汽车制造行业废水,降低其对环境的污染,是环境工程领域的一个紧迫课题。
  
  方法:  本文对汽车制造行业的废水产生过程及特征进行分析,对国内外汽车制造行业废水处理的技术和方法进行归纳和探究,并以江西某汽车集团小蓝基地废水处理站的设计、施工和运营工作为研究现场,采用分质收集各股废水并进行物理及化学手段预处理,再混合进行生物处理的组合工艺,开展汽车行业废水的关键处理技术研究与实践。
  
  结果:  采用物理、化学及生物法等多种废水处理技术,对汽车制造行业的废水进行处理后,并对处理后出水各污染物的平均浓度进行为期 6个月的检测分析,其中总镍值为 0.19±0.14mg/L、总锌值为0.31±0.22mg/L、p H 值为7.06±0.25、CODCr值为 60.89±23.20mg/L、NH3-N 值为3.83±1.46mg/L、总磷值为3.15±2.05mg/L。
  
  结论:  该处理思路和处理手段能去除和降解汽车制造行业废水中的大多数污染物质,总镍指标能满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的第一类污染物排放标准,CODCr、NH3-N、总锌等指标能满足一级排放标准,磷酸盐指标无法满足一级或二级排放标准,必须增加沉淀、过滤等深度处理工艺方能满足。本项目实践总体工艺选择合理,设备选型适当,处理效果良好,满足排放要求,可为其他汽车制造行业废水处理站设计、建造和运营提供参考。
汽车制造行业废水处理关键技术研究与实践
  
  关键词:    汽车制造行业;废水处理;磷化废水;脱脂废水;电泳废水。
  

  ABSTRACT

  
  Automobile manufacturing industry is the most important component of national manufacturing  industry,  which  can  be  regarded  as  a  benchmark  to  measure  the manufacturing level of a country. In the past 30 years, China's automobile production and sales have been growing rapidly continuously, and in 2009, China ranked first inthe world.
  
  Objective: In the process of automobile manufacturing, a variety of production wastewater will be produced, including acid and alkali, a variety of metal ions, totalphosphorus,  petroleum  and  paint  particles,  etc.,  whose  pollution  properties  are complex  and  do  great  harm  to  the  environment.  How  to  treat  wastewater  fromautomobile  manufacturing  industry  effectively  and  reduce  its  pollution  to  the environment is an urgent issue in the field of environmental engineering.
  
  Methods: In this paper, the production process and characteristics of wastewater from  automobile  manufacturing  industry  are  analyzed,  and  the  technologies  andmethods of wastewater treatment in automobile manufacturing industry at home and abroad  are  summarized  and  explored,  and,  taking  the  design,  construction  andoperation of the wastewater treatment station of xiaolan Base of an automobile Group in  Jiangxi  as  the  research  site,  adopt  classified  collection  of  various  kinds  ofwastewater treatment and chemical pretreatment in, mix again for the combination of biochemical  treatment  process,  the  key  to  develop  the  auto  industry  wastewatertreatment technology research and practice.
  
  Results:  Physical,  chemical,  biological  and  other  wastewater  treatment technologies  were  used  to  treat  the  wastewater  from  automobile  manufacturing industry,  and  the  average  concentration  of  each  pollutant  was  detected  and  analyzed after  treatment  for  6  months.  The  total  nickel  value  was  0.19±0.14mg/L,  the  total zinc value was 0.31±0.22mg/L, the p H value was 7.06±0.25, the COD Cr value was 60.89 ±23.20mg/L,  the  NH 3-N  value  was  3.83±1.46mg/L,  and  the  TP  value  was3.15±2.05mg/L.
  
  Conclusion:  The  idea  and  treatment  method  can  remove  and  degrade  most pollutants  in  the  wastewater  of  automobile  manufacturing  industry,  the  total  nickelindex  can  meet  the  first  class  pollutant  discharge  standard  in  the  integrated wastewater discharge standard (GB8978-1996),  COD Cr, NH3-N, total  zinc index canmeet  the  level  of  emission  standards,  phosphate  cannot  reach  the  primary  or secondary  emission  standards,  if  you  want  to  achieve  must  increase  depth  ofprecipitation, filtration, etc. In this project, the overall process selection is reasonable, the equipment selection is appropriate, the treatment effect is good, and the discharge requirements  are  met.  It  can  provide  references  for  the  design,  construction  and operation  of  wastewater  treatment  stations  in  other  automobile  manufacturing industries.
  
  Key Words:     automobile manufacturing industry;  wastewater treatment; phosphating wastewater; degreasing wastewater; electrophoresis wastewater 。
  

  第1章  引言

  
  1.1、概述。
  
  汽车制造行业是全球最重要的制造行业之一,除汽车整车制造外,还有配套零配件和相关周边设备、材料生产制造,资金需求大、技术壁垒高、行业准入门槛高。在整车制造领域,又根据不同的产品细分(如商用车、乘用车等)分为不同产品端的生产线。
  
  近30年来,中国汽车的生产量和销售量一直呈现持续地高增长速率。据中汽协统计,2019年我国的汽车产量和销量均超过2500万辆,连续十一年位于全世界首位。由于市场需求猛增,我国汽车制造行业具有良好的发展前景。
  
  汽车制造行业发展喜人的同时,所带来污染问题愈发严重。汽车的生产环节产生的废水处理难度大,如果不经妥善的处理将会对环境造成很大的破坏[1-4]。
  
  本文以江西某汽车集团在2012~2020年期间已建或在建的多座废水处理站为例,对汽车制造行业的废水处理关键技术进行研究,并在规划与设计、施工与安装、调试与运营等多个阶段实践,对实践过程中的经验和教训进行总结,以此对汽车制造行业废水处理技术的发展趋势进行探究,有着重要的指导意义,为今后该集团及国内其他同类汽车生产企业废水处理站的建设和技改提供参考和依据。
  
  1.2、汽车制造行业废水概况。
  
  1.2.1、汽车制造工艺介绍。
  
  汽车制造主要有冲压、焊接、涂装、总装等主要生产环节[5-6]。
  
  冲压制造工艺是将汽车专用钢板,通过裁剪、切割、机械冲压等多道工序,加工成各种车身上的零部件。
  
  焊接制造工艺是将前道冲压工序中的各种冲压部件,焊接成白车身总成,涉及涂胶、螺柱焊、气体保护焊、电焊等多种工艺。
  
  涂装制造工艺是将涂料按照要求涂覆在白车身上、再干燥成膜的一种工艺。
  
  一般情况下,汽车涂装工艺可划分成前处理、电泳中涂、面漆以及精修等阶段,还可分为预清洗、脱脂等28道小工序。
  
  总装制造工艺是将一辆完整的汽车所必需的内饰、设备、仪器及各种零部件在车内根据要求配置,并进行安装、调试、测试、检验的过程。
  
  1.2.2、汽车制造行业废水产生环节。
  
  在以上四大汽车制造生产工艺环节中,涂装是整车制造过程中产生废水产生量最大和污染最严重的工艺环节[7],其它冲压环节有少量含油废水、总装环节有少量淋雨试验废水等产生。因此,汽车制造行业废水一般泛指涂装废水。
  
  国内典型的汽车制造行业生产工艺及其主要水污染物产生情况如下图所示:
  

  

  
  由上图可知,一条汽车制造生产线的主要废水种类分为冲压废水,脱脂、磷、电泳废水(液),喷漆循环废水[7]及总装试验废水等。
  
  (1)冲压工艺环节。
  
  冲压环节需利用专用洗涤剂以及清水清洗模具,循环利用的模具洗涤水使用一段时间后需通过排放来进行更新,由此产生冲压废水。
  
  (2)脱脂工艺环节。
  
  经冲压后各部件表面的油脂、灰尘等杂质,即影响磷化膜形成,又影响涂层的各项性能。故涂装的第一道工艺环节即脱脂,包括浸渍脱脂和逆流水洗。脱脂槽液随使用时间污染物浓度不断升高。因此,脱脂工艺环节定期会视运行工况排放倒槽废液及连续性的排放清洗废水,其中倒槽废液污染物浓度高,漂洗废水污染程度较低。
  
  (3)磷化处理工艺环节。
  
  磷化是一种利用可溶性的酸式磷酸盐为主、氧化剂和添加剂为辅的磷化材料,对经脱脂后的各冲压工件进行表面处理的方法,使金属表面在一定温度下形成磷化膜。磷化后工件进行普通水洗和纯水喷洗后再进入后道电泳工序。磷化槽在使用一定时间后需彻底清理,所排出的倒槽液污染物浓度高。磷化工艺环节会连续排放漂洗废水和清槽废水,其中漂洗废水污染程度较轻,清槽废水污染程度很高。
  
  (4)电泳工艺环节。
  
  电泳工艺环节包括泳涂、超滤水洗、纯水清洗等,通过电场作用使带电荷的涂料聚合物在待涂件表面形成底漆涂层。随使用时间电泳槽液中的杂质不断增加,须通过排放超滤液进行调节。电泳清洗废水为连续排放,超滤水洗槽及纯水清洗槽运行一段时间后需要定期清理,由此产生高浓度的倒槽废水。
  
  (5)喷漆环节。
  
  喷漆环节是将雾化的涂料喷涂到工件上。飞散在空气中的漆雾需用循环水来洗涤以净化空气,循环水中的漆雾凝聚剂将漆雾凝聚。循环水需定期更换,从而产生喷漆废水。
  
  (6)淋雨测试环节。
  
  车辆总装完毕后进入整车检测线,通过各项部件测试和检验后再进行道路测试及淋雨密封性测试,在此环节中会产生淋雨试验废水。
  
  以上是汽车整车制造行业中产生工业废水的六个主要工艺环节。
  

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  1.2.3、汽车制造行业废水特征
  1.3、研究目的与意义
  1.4、实践方法与内容
  
  第2章  汽车制造行业废水处理研究动态
  
  2.1、废水处理的基本原则
  2.2、废水的分类与收集
  2.3、废水的物化法处理技术
  2.4、废水的生物法处理技术
  2.5、废水的深度处理与回用关键技术
  
  第3章  废水处理关键技术实践
  
  3.1、 项目基本概况
  3.1.1、废水水量和水质
  3.1.2、废水的分类收集和设计处理能力
  3.1.3、治理要求
  3.2、项目的处理工艺设计
  3.2.1、总体设计思路
  3.2.2、工艺流程设计
  3.2.3、工艺流程说明
  3.2.4、主要工艺单元设计参数.
  3.2.5、废水处理站高程图
  3.2.6、废水处理站平面布置图及剖面图
  3.3、项目的施工与安装.
  3.3.1、地下和地上钢砼结构水池施工
  3.3.2、框架结构设备房和钢结构危险废物储存间施工
  3.3.3、水池防腐施工
  3.3.4、工艺管道安装
  3.3.5、环保机电设备和非标设备安装
  3.4、项目的调试与试运行实践
  3.4.1、单机与系统联动调试
  3.4.2、生化系统调试
  3.4.3、试运行
  3.5、项目的正式运营实践
  3.5.1、磷化废水处理系统
  3.5.2、脱脂、电泳和喷漆废水处理系统
  3.5.3、生化处理系统
  
  第4章  实践过程中遇到的问题及改进措施
  
  4.1、实际进水情况与设计值差异
  4.2、沉淀池池型选择
  4.3、磷化废水序批式和连续式处理的优劣,
  4.4、生化处理工艺选择

  第5章   结论

  经过本项目从设计、施工、调试、试运行和正式运行等各阶段的实践,可以得到:汽车制造行业废水采用磷化废水、脱脂、电泳和喷漆废水分质收集,磷化废水经投加药剂进行中和、化学反应去除磷酸盐、镍、锌等污染物质,脱脂、电泳和喷漆废水经投加药剂进行中和、絮凝反应去除磷酸盐、悬浮物、石油类、涂料微粒等污染物质后,再与生活污水等进行生化反应,是可行的,总镍能达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表1中的第一类污染物的排放标准,CODCr、NH3-N、总锌等指标能达到表4中的一级排放标准,磷酸盐无法达到表4中的一级或二级排放标准,如需达到则必须进行过滤等深度处理。

  本废水处理站出水水质稳定,能达到设计排放要求,但也存在部分不足之处,需在今后的探索实践中不断完善:

  (1)磷化废水和脱脂、电泳、喷漆废水处理系统的物化沉淀池无论从池型选择、排泥设施和清洗设施等多方面均存在设计缺陷,严重影响了系统的安全、稳定运行,运营后期虽进行了相应改造,将斜管沉淀池改造成平流沉淀池和辐流式沉淀池,增加气体排泥装置,但系统仍存在一定的运行风险隐患。

  (2)磷化处理系统序批反应池瞬间加药量大,本项目设计加药泵流量偏小,加药管线过长,导致投药速度慢,需长时间加药方能达到足够的投药需求量,严重影响了废水的处理速度。

  本项目工程总投资为1400万元(含土建和设备),按设计处理能力2700m3/d计算,则吨水投资单价为5185元;半年正式运行期内运行费用经统计约116万元(含水电费、药剂费、人工费和维护保养费等,不含污泥外运处置费),按日均处理水量1342m3,半年运行天数181日计算,则吨水处理费用为4.78元。
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